[發明專利]半導體裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201210278085.0
• 申請日: 2009-07-31
• 公開（公告）號: CN102779844A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 山崎舜平;宮入秀和;秋元健吾;白石康次郎
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01L29/49
• 分類號: H01L29/49;H01L29/45;H01L29/786
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 郭放

本申請為同一申請人于2009年7月31日提交的申請號為200910159685.3、發明名稱為“半導體裝置及其制造方法”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及包括由將氧化物半導體膜用于溝道形成區的薄膜晶體管（下面稱為TFT）構成的電路的半導體裝置及其制造方法。例如，本發明的一個方式涉及將以液晶顯示面板為代表的電光學裝置及具有有機發光元件的發光顯示裝置用作部件而安裝的電子設備。

注意，在本說明書中，半導體裝置是指利用半導體特性來發揮功能的所有裝置。電光學裝置、半導體電路及電子設備都是半導體裝置。

背景技術

近年來，對有源矩陣型顯示裝置（液晶顯示裝置、發光顯示裝置、電泳顯示裝置）進行著積極的研究開發，在該有源矩陣型顯示裝置中的配置為矩陣狀的顯示像素的每個中設置由TFT構成的開關元件。在有源矩陣型顯示裝置中，每個像素（或1個點）設置有開關元件，且在其像素密度與簡單矩陣方式相比增加的情況下可以進行低電壓驅動，所以是有利的。

此外，將氧化物半導體膜用于溝道形成區來制造薄膜晶體管（TFT）等，并應用于電子器件及光器件的技術受到關注。例如，可舉出將ZnO用作氧化物半導體膜的TFT及將InGaO₃（ZnO）_m用作氧化物半導體膜的TFT。在專利文獻1或專利文獻2等中公開了將這些使用氧化物半導體膜的TFT形成在具有透光性的襯底上并用作圖像顯示裝置的開關元件等的技術。

[專利文獻1]日本專利申請公開2007-123861

[專利文獻2]日本專利申請公開2007-96055

在有源矩陣型顯示裝置中，構成電路的薄膜晶體管的電特性很重要，且該電特性影響到顯示裝置的性能。特別是，在薄膜晶體管的電特性中，閾值電壓（Vth）很重要。在場效應遷移率高、閾值電壓值也高，或場效應遷移率高、閾值電壓值為負的情況下，作為電路難以控制。在采用閾值電壓值高且閾值電壓的絕對值大的薄膜晶體管的情況下有如下憂慮，即在驅動電壓低的狀態下不能發揮作為TFT的開關功能，而是成為負載。此外，當閾值電壓值為負時，容易處于所謂的常導通（normallyon）狀態，其中即使柵極電壓為0V，也在源電極和漏電極之間流過電流。

在n溝道型薄膜晶體管的情況下，優選采用只有當對柵極電壓施加正電壓時，才形成溝道而開始產生漏極電流的晶體管。如下晶體管不適合用于電路的薄膜晶體管：除非增高驅動電壓，否則不形成溝道的晶體管；在負電壓狀態下也形成溝道而流過漏極電流的晶體管。

本發明的課題之一在于：提供一種結構，該結構是使用包含In、Ga及Zn的氧化物半導體膜的薄膜晶體管的柵極電壓盡量相近于0V的正閾值電壓形成溝道的。

另外，本發明的課題之一還在于：減少使用包含In、Ga及Zn的氧化物半導體膜的薄膜晶體管的電特性的偏差。尤其是，在液晶顯示裝置中，當各個元件之間的偏差大時，有發生起因于其TFT特性的偏差的顯示不均勻的憂慮。

此外，在具有發光元件的顯示裝置中，也有如下憂慮：當配置為在像素電極中流過恒定的電流的TFT（驅動電路的TFT或配置于像素的對發光元件供給電流的TFT）的導通電流（I_on）的偏差大時，在顯示畫面中產生亮度的偏差。

薄膜晶體管的閾值電壓值被認為受到氧化物半導體層的界面、即氧化物半導體層和柵絕緣膜的界面，或氧化物半導體層和電極的界面所帶來的很大的影響。

于是，通過在清潔的狀態下形成這些界面，可以提高薄膜晶體管的電特性并防止制造工序的復雜化，從而實現具備量產性和高性能的薄膜晶體管。

發明內容

不接觸于大氣地利用濺射法或PCVD法來連續地形成柵絕緣膜、氧化物半導體層、溝道保護膜的三層，以便在清潔狀態下形成上述界面。優選的是，通過在減壓下連續地形成這三層可以實現具有良好的界面的氧化物半導體層，并且可以實現TFT的截止時的泄漏電流低且電流驅動能力高的薄膜晶體管。

本說明書中所公開的一個實施方式是一種半導體裝置的制造方法，包括如下步驟：在具有絕緣表面的襯底上形成柵電極；通過濺射法不接觸于大氣地層疊柵電極上的第一絕緣膜、第一絕緣膜上的氧化物半導體層、氧化物半導體層上的第二絕緣膜；選擇性地蝕刻第二絕緣膜并在重疊于柵電極的位置上形成保護膜；將保護膜用作掩模來蝕刻氧化物半導體層的上層；在氧化物半導體層及保護膜上形成導電膜；將保護膜用作蝕刻停止層來選擇性地蝕刻上述導電膜。

本發明解決至少一個上述課題。